電力電子課程常見問題解答

1、電力電子課程常見問題解答1 .普通晶閘管結(jié)構(gòu)是四層（PNPN）三端（A、G、K）半導(dǎo)體器件，屬半控型開關(guān)管，外形有螺栓形和平板形，符號為KGAIK:陰極A:陽極G:門極2 .普通晶閘管導(dǎo)通相關(guān)斷條件：品閘管導(dǎo)通必須同時具備以下兩個條件：一是晶閘管的陽極、陰極之間加正向陽極電壓；二是晶閘管的門極、陰極之間加適當(dāng)正向門極電壓和電流。品閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷的條件是使流過晶閘管的陽極電流降至其維持電流以下，具體方法是使晶閘管陽極與陰極之間承受反向電壓。3 .晶閘管的主要參數(shù)：品閘管的通態(tài)平均電流|T（AV）,的定義：在環(huán)境溫度為十40c和規(guī)定的冷卻條件下，品閘管在導(dǎo)通角不小于170。的電阻性負(fù)載電路中，

2、在額定結(jié)溫下，所允許通過的工頻正弦半波電流的平均值。將該電流按晶閘管標(biāo)準(zhǔn)電流系列取整數(shù)值，即為該品閘管的通態(tài)平均電流。在實(shí)際電路中，流過晶閘管的電流可能是任意的非正弦波.應(yīng)根據(jù)電流有效值相等即發(fā)熱相同的原則，將非正弦半波電流的有效值Iv折合成等效的正弦半波電流平均值去選擇品閘管額定值，即|T=KiId=1.57It（av）式中，Ki為非正弦被的波形系數(shù)。其他參數(shù)有額定電壓、維持電流、擎住電流等。5、如何計(jì)算任意波形的電壓或電流的平均值和有效值：可根據(jù)平均值、有效值的定義來求出。設(shè)f（8）為表示電壓或電流的周期函數(shù)，則它在81-82期間的平均值和有效值用下式f()d平均值為:有效值為：216、品

3、閘管的選取方法主要包括額定電壓、額定電流參數(shù)兩部分。額定電壓參數(shù)的選取主要是根據(jù)品閘管所承受的最大電壓，再根據(jù)要求乘以電壓安全裕量系數(shù)；額定電流參數(shù)的選取主要是根據(jù)晶閘管電流的通態(tài)平均值，再根據(jù)要求乘以電流安全裕量系數(shù)即可。根據(jù)計(jì)算的電壓和電流的數(shù)值，及生產(chǎn)廠家提供的品閘管的參數(shù)表，就可確定所選品聞管的型號。7、全控型器件包括哪些？雙極型晶體管(GTR)、功率場效應(yīng)管(MOSFET)、絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)、MOS控制晶閘管(MCT)等。8、全控型開關(guān)器件：GTR,IGBT,MOSFET,達(dá)林頓管中用于電流型驅(qū)動的開關(guān)管的是哪幾種？屬于電壓型驅(qū)動的是哪幾種？答：屬于電流型驅(qū)動：GTR

4、、達(dá)林頓管；屬于電壓型驅(qū)動：IGBT,MOSFET0* 9、全控型開關(guān)器件的緩沖電路的主要作用是什么？答：在開關(guān)器件關(guān)斷時，由于電路中有電感的存在，會在器件上產(chǎn)生很高的過電壓和du/dt,對器件的安全運(yùn)行帶來很大的威脅，特別是GTR,還可造成反向偏置二次擊穿。為防止過電壓和減小du/dt,常設(shè)置緩沖電路。* 10、試說明GTR、MOSFET和IGBT、MCT各自優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？答：GTR的容量中等，工作頻率一般在10kHz以下，屬電流控制型器件，所需驅(qū)動功率較大。MOSFET器件容量較小，工作頻率最高，可達(dá)100KHz以上，屬電壓控制型器件、所需驅(qū)動功率最小，但其通態(tài)壓降大，開通損耗相應(yīng)較大。IG

5、BT的容量和GTR的容量屬同一等級，但屬電壓控制型器件，驅(qū)動功率小，工作頻率高，有取代GTR之勢。MCT阻斷電壓高，通態(tài)壓降小，驅(qū)動功率低，開關(guān)速度快，在所有器件中最有發(fā)展前途。* 11、在單相橋式全控整流電路中，若有晶閘管因?yàn)檫^流而燒成斷路，結(jié)果會怎樣?如果這只品閘管被燒成短路，結(jié)果又會怎樣？答：若有一品閘管因?yàn)檫^流而燒成斷路，則單相橋式全控整流電路變?yōu)閱蜗喟氩煽卣麟娐?，如果這只品閘管被燒成短路，會引起其他品閘管因?qū)﹄娫炊搪范鵁龤?，?yán)重時使輸入變壓器因過流而損壞。因此在設(shè)計(jì)電路時，在變壓器二次側(cè)與晶閘管之間應(yīng)串聯(lián)快速熔斷絲，起到過流保護(hù)的作用。* 12、某單相可控整流電路給電阻性負(fù)載供電

6、和給反電動勢負(fù)載蓄電池充電，在流過負(fù)載電流平均值相同的條件下，哪一種負(fù)載的晶閘管額定電流應(yīng)選大一點(diǎn)為什么？答：在流過負(fù)載電流平均值相同的條件下，反電動勢負(fù)載時品閘管額定電流應(yīng)選得大一些。因?yàn)榉措妱觿葚?fù)載時，晶閘管導(dǎo)通的條件除了門極需要觸發(fā)外，還必須瞬時陽極電壓大于反電動勢E值，所以導(dǎo)通角比電阻性負(fù)載時小。因止匕,在平均電流值相同時，反電動勢負(fù)載的電流波形系數(shù)Kf比電阻負(fù)載時大，所以品閘管的額定電流應(yīng)選大一些。* 13、為什么可控整流電路不應(yīng)在直流側(cè)直接接大電容濾波？答：整流電路直接并聯(lián)電容經(jīng)濾波后再輸出，晶閘管剛一觸發(fā)導(dǎo)通就有很大的電容充電電流流過晶閘管，電流的大小由電源電壓與電容電壓之差及電

7、源回路的阻抗大小決定。當(dāng)電源阻抗較小時，沖擊電流很大，可能超過晶閘管開通時允許的電流上升率。所以可控整流電路不應(yīng)在直流側(cè)直接接大電容濾波。* 14、在可控整流的負(fù)載為純電阻情況下，電阻上的平均電流與平均電壓之乘積，是否等于負(fù)載功率？為什么？答：負(fù)載功率不等于平均功率。因?yàn)樨?fù)載功率P=UI,現(xiàn)在負(fù)載上是非正弦的電流、電壓波形，除直流分量Id,Ud外，還有一系列諧波|1、|2、|3,U1、U2、U3，相同頻率的諧波電壓、電流的乘積組成諧波功率Pl,P2,P3,而總的有功功率222P=：PdRP2.所以，負(fù)載功率P大于平土§功率Pd=UdId。15、在可控整流的負(fù)載為大電感與電阻串聯(lián)的情況

8、下，如果忽略電感的電阻，這時負(fù)載電阻上的電流平均值與電壓平均值的乘積是否等于負(fù)載功率？為什么？答：負(fù)載功率等于電流平均值與電壓平均值的乘積，P=Pd=UdId。因?yàn)?，雖然，Ud的波形存在諧波分量，但id是恒定的直流，不含諧波分量，而功率是同次諧波電壓、電流的乘積，所以，負(fù)載功率等于電流平均值與電壓平均值的乘積，即P=Pd016、充電機(jī)是否可以采用單相半波、全波或三相半波可控整流電路，若輸出充電電流均為15A,各應(yīng)選用多大熔斷絲？答：這三種電路作為充電機(jī)的主電路均可采用，但是，單相半波每周導(dǎo)電一次，在同樣輸出電流平均值為15A的情況下，電流峰值大，有效值也大，要選用50A的熔斷絲；單相全波每周導(dǎo)

9、電兩次，電流峰值與有效值小，可選用40A的熔斷絲；三相半波每周導(dǎo)電三次，電流峰值與有效值更小些，可選用30A的熔斷絲。*17、有一感性負(fù)載單相半控橋式整流電路，當(dāng)觸發(fā)脈沖突然消失或a突然增大到九時，電路會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？電路失控時，可用什么方法判斷哪一只晶閘管一直導(dǎo)通，哪一只一直阻斷？答：對于單相半控橋式整流電路，當(dāng)觸發(fā)脈沖突然消失或a突然增大到九時，電路會出現(xiàn)失控現(xiàn)象，即一只晶閘管一直導(dǎo)通，兩只整流二極管輪流導(dǎo)通。出現(xiàn)這種現(xiàn)象時，可用萬用表測量晶閘管兩端電壓或用示波器測量晶閘管兩端電壓波形來判斷導(dǎo)通和關(guān)斷情況。18、在主電路沒有整流變壓器，用示波器觀察主電路各點(diǎn)波形時，務(wù)必采取什么措施？用雙蹤

10、示波器同時觀察電路兩處波形時，務(wù)必注意什么問題？答：必須把示波器插頭的接地端斷開，否則會引起短路。用雙蹤示波器同時觀察時.由于探頭的負(fù)端在示波器內(nèi)部被短接，所以使用時，探頭的負(fù)端可以選擇兩個電位相同的點(diǎn)或無直接電聯(lián)系的點(diǎn)，否則會引起短路。19、單相半波可控整流電路接大電感負(fù)載，為什么必須接續(xù)流二極管，電路才能正常工作？與單相橋式半控整流電路中的續(xù)流二極管的作用是否相同？答：電感足夠大時，若不接續(xù)流二極管，則在正半周導(dǎo)通期間電感吸收能量，并儲存起來；在電源負(fù)半周，電感釋放出所吸收的能量，使晶閘管的陽極承受正壓繼續(xù)導(dǎo)通，這樣在負(fù)載上就出現(xiàn)負(fù)電壓波形，且負(fù)電壓波形接近于正電壓波形時，Ud=0,|d=

11、0。因此，在接上續(xù)流二極管后不論延遲角a多大，電感儲存的能量經(jīng)續(xù)流二極管續(xù)流，同時品閘管因承受反壓而關(guān)斷，負(fù)載上不出現(xiàn)負(fù)電壓波形，則整流輸出電壓為Ud=0.45U21十cos4/2。至于單相橋式半控整流電路，不接續(xù)流二極管，電路本身具有續(xù)流回路，但是在實(shí)際運(yùn)行中，可能會發(fā)生一只晶閘管一直導(dǎo)通而兩只二極管輪流導(dǎo)通的異?，F(xiàn)象，為避免這種失控情況，在負(fù)載側(cè)并聯(lián)了續(xù)流二極管。由此可見，兩只二極管的作用不完全相同。20、三相全控橋式整流電路，當(dāng)一只晶閘管短路時，電路會發(fā)生什么情況？答：在三相橋式電路中，若一只品閘管發(fā)生短路，例如共陰極組中一只管子短路，則其余共陰極組中任意一只晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通后，都要引起

12、電源線電壓短路，使管子連續(xù)燒壞，嚴(yán)重時還會損壞輸入變壓器。所以要求每只品閘管橋路中應(yīng)用接快速熔斷器，以保護(hù)晶閘管及整個電路。21、三相全控橋式整流電路中，變壓器二次側(cè)能否接成三角形？答：能接成三角形。22、三相可控整流，a=60°時,U相晶閘管的觸發(fā)脈沖在線電壓uuv的波形上是多少度？答：因?yàn)閍=60°,觸發(fā)脈沖在相電壓uu的波形上是90°而線電壓uuv超前uu為30°,所以，觸發(fā)脈沖在線電壓uuv位置是120。23、試比較六相半波整流電路與帶平衡電抗器的雙反星形整流電路工作情況有什么不同？平衡電抗器在電路中起什么作用？答：(1)從導(dǎo)通角來看，六相半被整

13、流電路每個瞬間只有一個晶閘管導(dǎo)通，每只晶閘管導(dǎo)通角為60°加平衡電抗器的雙反星形整流電路每個瞬間有兩只品閘管同時導(dǎo)通，導(dǎo)通角為120。，所以在輸出相同的電流Id時，后者晶閘管和變壓器容量可以降低。(2)當(dāng)a=0°時，六相半波整流電路輸出電壓Ud=1.45U2；加平衡電抗器的雙反星形整流電路輸出電壓Ud=1.17U2。當(dāng)a=00時，六相半波整流電路的脈沖位置比該相電壓峰值超前30°,即為與前相電壓波形的交點(diǎn)；加平衡電抗器的雙反星形整流的脈沖位置比該相電壓峰值超前600。(4)在大電感電!時，六相半波整流電路中流過晶閘管、變壓器二次電流有效值為I2=IT='%

14、Id；加工砂電抗器雙反星形整流電路流過晶閘管、變壓器二次電流有效值為I2=It=干/2Id。(5)六相半波整流電路可采用窄脈沖觸發(fā)；帶平衡電抗器的雙反星形整流電路在電流斷續(xù)時，必須采用寬脈沖或雙脈沖觸發(fā)。平衡電抗器的作用：接入平衡電抗器后，由于存在感應(yīng)電動勢，使得兩組星形繞組的三相半波可控整流電路能同時工作，品閘管導(dǎo)通角增大，在輸出相同的功率時，流過變壓器二次側(cè)繞組和晶閘管的電流有效值是六相半波可控整流電路的一半，因此可選用電流額定值較小的晶閘管，并且提高了變壓器的利用率。24、接反電動勢的橋式可控整流電路在什么情況下工作在以下狀態(tài)：(1)整流與待整流；(2)逆變與待逆變。答：(1)整流與待整

15、流?？刂平莂在整流工作區(qū)，即儀冗/2晶閘管橋路起可控整流作用，將交流能量轉(zhuǎn)化為直流能量供給負(fù)載，這種狀態(tài)稱為整流。由于直流輸出端存在反電動勢Ed,當(dāng)其幅值大于直流輸出電壓，即|ED|>Ud時，整流輸出電流Id=0,電路無法實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，此狀態(tài)稱為待整流狀態(tài)，一旦Ud>ED,橋路立即進(jìn)入整流狀態(tài)。(2)逆變與待逆變狀態(tài)。當(dāng)控制角a在逆變工作區(qū)，即a>冗/2或九/2時，且反電動勢的幅值大于|Ud|,則可控橋路將直流能量反饋回交流電網(wǎng)，此為逆變狀態(tài)。但如若反電動勢的幅值小于|Ud|,則輸出電流Id=0。橋路無法實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，此時橋路稱為待逆變狀態(tài)。25、無源逆變電路中電壓型逆變器與

16、電流型逆變器各有何特點(diǎn)？答：電壓型逆變器的特點(diǎn)為(1)直流側(cè)并接大電容濾波供電，保證以近似電壓源對逆變器供電。(2)輸出電壓為方波，電流側(cè)為負(fù)載參數(shù)決定的RL充放電形式的波形。(3)當(dāng)開關(guān)換流時，為了給儲存于L中的能量提供通路，每個逆變開關(guān)器件都應(yīng)反并聯(lián)二極管，使能量向直流側(cè)反饋。(4)為避免上、下橋臂同時開通造成短路，它們的控制信號必須互差180°考慮到開關(guān)器件開關(guān)時間，應(yīng)留有適當(dāng)死區(qū)時間。電流型逆變器的特點(diǎn)為(1)直流側(cè)用接大電感濾波，以獲得近似理想的電流源。(2)各逆變開關(guān)直接改變直流電流極性，因此逆變器輸出電流是矩形波，與負(fù)載參數(shù)和性質(zhì)無關(guān)。但輸出電壓波形與負(fù)載有關(guān)。(3)直

17、流側(cè)提供電流源，電流不能反向，因此不需要為逆變開關(guān)反并聯(lián)二極管。但為了吸收換流時負(fù)載電感中的貯能，應(yīng)在輸出端設(shè)置吸收電容。(4)直流側(cè)提供無脈動的直流電流，但輸入到逆變器的電壓是脈動的。26、下列各種交流裝置中，能實(shí)現(xiàn)有源逆變電路的，在括號中畫，不能的畫“X”。(1)單相雙半波可控整流電路。(，)(2)接續(xù)流二極管的單相雙半波可控整流電路。(X)(3)單相全控橋式整流電路。(，)(4)單相半控橋式整流電路。(X)(5)三相半波可控整流電路。(，)(6)帶續(xù)流二極管的三相半波可控整流電路。(X)(7)三相橋式全控整流電路。(，)27、試以三相半波逆變電路為例分析，當(dāng)電抗器Ld的電感量不夠大時，則

18、在a2時，輸出電壓的平均值將大于零，電動機(jī)會爬行。答：由于Ld不是足夠大，電路的輸出電流不連續(xù)，在Ud為負(fù)壓時，導(dǎo)通的品閘管在下一管子被觸發(fā)導(dǎo)通前就關(guān)斷。因此Ud波形的正面積大于負(fù)面積，使Ud>0,電路輸出的電流Id流過電動機(jī)時產(chǎn)生力矩使電動機(jī)爬行。*28、單相全控橋式整流電路中，當(dāng)a>90°時，若直流側(cè)直流電動機(jī)取走，而代之以一個電阻，晶閘管的導(dǎo)通角還能達(dá)到180°嗎？晶閘管的輸出平均電壓還能出現(xiàn)負(fù)值嗎？答不能。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)有源逆變不可缺少的條件是必須具有對晶閘管是正向的直流電源，當(dāng)用電阻取代電動機(jī)后，在a=90°時Ud0,而a>90°,Ud保持等于零，電流出現(xiàn)斷續(xù)，不可能使直流平均電壓出現(xiàn)負(fù)值。*29、比較負(fù)載換流、硬開關(guān)和諧振式逆變器的特性，哪一種最有利于提高開關(guān)器件的工作頻率？答：負(fù)載換流型逆變器中開關(guān)器件的工作頻率就是逆變器輸出頻率，受到負(fù)載的限制，因此不可能設(shè)計(jì)的很高。硬開關(guān)換流型逆變器中，開關(guān)器件的工作頻率可以根據(jù)